一种以粉煤灰为原料研制固态聚合氯化铝絮凝剂的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及粉煤灰综合利用和固态高纯聚合氯化侣制备方法，特别指一种W粉煤 灰为原料研制固态聚合氯化侣絮凝剂的方法。
【背景技术】
[0002] 粉煤灰是煤炭在燃烧锅炉中燃烧后残留下来的复杂多相固体废物。每燃烧一吨 煤，就会产生250-300kg粉煤灰。大量粉煤灰如果得不到有效、合理的利用，就会浪费大量 的人力、物力、财力对其进行堆放和处理。粉煤灰的主要化学组成是Al2〇3、Si〇2,因此，如果 能将其中的Al2〇3加W利用，不仅能变废为宝，同时还能产生良好的经济效益、环境效益W 及社会效益。
[0003] 目前，粉煤灰主要应用于：建筑材料、农业（种植）养殖、混凝±施工、化学化工和 近些年发展起来的水处理等领域。
[0004] 水处理过程中用量最大的产品是聚合氯化侣（PAC)。PAC是AlCls经水解-聚合 形成的、由聚合度不同的各种水解产物组成的混合物。一般分为Ala、A化、Ale=种聚合形 态。其中中等聚合度的Alb被认为是絮凝剂中最佳的絮凝成分，A1b与A1 13有着很大的相关 性，因此，追求絮凝剂中A1i3含量最大化，成为国内外研究者的共同目标。
[0005] 国内外生产PAC的方法有很多种，归结起来，其原理是相同的；都是W创造条件， 使侣盐不断水解-聚合为出发点，但因制备过程中影响因素众多，制得的产品WA1i3为主其 它形态为辅的混合物，普遍达不到Alb含量最大化的预期效果，且产品水溶性较差，需预溶 解。
[0006] 而利用粉煤灰制备被认为聚合侣中最有效絮凝形态，具有优越的净水性能的A1i3 却未见报道。A1i3因其纳米分子尺寸和高电荷，被认为是聚合氯化侣溶液中最小且最稳定 的纳米物种。然而，至今国内外各技术领域尝试各种合成制备方法，都无法得到具有工业应 用价值的高浓度，高A1i3含量的聚合侣溶液W及高纯侣十S固体产物。
[0007] 2006年孙忠在ChineseJ.struct.Chem. 25(10) ;1217-1227报道了与Keggin-Ali3 有着相同聚合度，组成结构不同的A1。伽)24化0) 24化5 ? 13&〇 (P-A1。)，其聚阳离子带有 15个正电荷，专利申请号；200510064782. 6公开了在200°C高压蓋条件下，W氨氧化侣、结 晶氯化侣、水为原料制备得到了高纯的P-A1i3,且已证明P-A1i3在不同的抑值下均表现比 Keggin-Al13更好的去浊能力、更宽的有效絮凝投加范围和适应的水体抑值。由此表明， P-A1i3是一种性能优越，有发展前途的高效絮凝剂。对开发利用黄河水、处理各种废水，节 约地下水资源具有重要意义。
【发明内容】
[000引本发明要解决的技术问题是提供一种W粉煤灰为原料研制固态聚合氯化侣 絮凝剂的方法，该种方法W废弃物粉煤灰为初始原料，制备无定形氨氧化侣，再在常 压、较低温度的温和条件下，研制高纯度、形态单一、絮凝性能优越的固态高效絮凝剂 A1i3(0H)24(H20)24C1u? 13&0。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明由如下方案来实现：一种w粉煤灰为原料研制固态 聚合氯化侣絮凝剂的方法，其特征在于；W粉煤灰为原料，通过中间产物无定形氨氧化侣研 制A1i3(〇H)24化〇)24化5 ? 13&〇(简计为P-A1。)，包括W下五个步骤：
[0010] ①高温固相反应；将粉煤灰与碳酸钢按0. 8~2. 0 : 1的质量比研细混匀，在马弗 炉中750~950°C下赔烧反应30~150min，熟料冷却至室温后充分研磨备用；
[OCm] ②酸浸反应；在上述熟料中，加入3~12mol/L的盐酸，每克熟料对应加4~20血 体积的盐酸，经充分揽拌后，室温静置5~30min后过滤得到酸浸液；
[0012] ⑨无定形氨氧化侣的制备反应：在室温至70°C条件下，滴加浓度大于4mol/L的氨 氧化钢溶液至酸浸液中，调至pH= 5~6. 5,得到沉淀即为无定形氨氧化侣，产物经过滤洗 漆烘干后研细备用；
[0013] ④P-A1i3的制备反应；将无定形氨氧化侣在回流条件下与8~12mol/L盐酸反应， 反应温度在70~120°C，常压条件下发生水解-聚合反应2~3小时，得到储备液，使其碱 化度（哲侣比）为0. 4~1. 5,趁热过滤后滤液移入结晶设备，于室温~50°C下蒸发结晶， 待析出A1i3(〇H)24化〇)24化5 ?13&〇晶体或粉末后分离，固体产物经洗漆，室温~50°C下烘 干产物，制得固态高效絮凝剂A1i3(〇H)24化0)24化5 ?13&〇,滤液可循环利用；
[0014] ⑥母液循环；将P-A1i3的制备反应所得的母液全部并入酸浸反应所得的酸浸液中 循环利用，可实现侣离子转化率最大化、零排放的目的。本发明实验原理：
[0015] 粉煤灰的主要晶相物质是莫来石，非晶相物质是侣娃酸盐玻璃体。它们在常温下 难溶于酸和碱。但在受热条件下，可与碱性物质发生反应。如在高温条件下，粉煤灰与碳酸 钢可发生反应生成霞石。霞石是酸溶性物质，可W被酸分解生成硅胶和Al3+，实现娃侣的有 效分离，得到含侣溶液。
[0016] 在确定温度下，用氨氧化钢溶液调节侣溶液的抑值在合适的范围，可得无定形氨 氧化侣，该氨氧化侣可实现在常压、较低温度下与盐酸发生水解-聚合反应，当反应达到一 定碱化度后即可得到含P-A1i3的溶液。达到饱和度后，A1 13(〇巧24化2〇)2典115 ? 13&0自然析 出结晶，过滤得到产物，而母液可循环再利用。
[0017] 本方法中所述的高温固相反应是指；将粉煤灰与碳酸钢混合经高温反应，将粉煤 灰中的物相转化为易溶于酸的霞石相；酸浸反应是指：将上述熟料用盐酸浸溃，使娃和侣 有效分离，得到W铁离子为主要杂质离子的氯化侣溶液；无定形氨氧化侣的制备反应是指： 将酸浸液用氨氧化钢调节抑制得；P-A1i3的制备反应是指；W无定形氨氧化侣为原料在常 压条件下与盐酸发生水解-聚合反应得到储备液，室温下静置，达到饱和度后P-A1i3盐酸盐 将自然析出结晶，过滤后得到产物；母液循环是指：将P-A1i3的制备反应所得的母液全部并 入酸浸反应所得的酸浸液中循环利用，可实现侣离子转化率最大化、零排放的目的。